夔景煥

一架普通的無人機(jī)緩緩升空，機(jī)腹下掛載著一個不足1公斤的相機(jī)。短短十幾分鐘，它就能“透視”1.5平方公里大地，包括森林是否有火災(zāi)、河流是否被污染、高壓線是否有隱患點(diǎn)……你也許會說，這有啥特別？這樣的“千里眼”早就習(xí)以為常了。但你不知道的是，以前的“千里眼”，只能見“肉眼所見”，現(xiàn)在的“千里眼”，卻能看見“肉眼不可見”。該“千里眼”就是西湖智能視覺科技（杭州）有限公司最新研發(fā)的高光譜相機(jī)。

“它可以精準(zhǔn)判斷林間冒出的云團(tuán)，是煙還是霧；它可以指著一條清澈的河流告訴你，有人在排污；它甚至能細(xì)微到每一片樹葉，告訴你它是否缺水?！眲?chuàng)始人、西湖大學(xué)工學(xué)院感知與計(jì)算成像實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人、博士生導(dǎo)師袁鑫說，它不只是“千里眼”，還是“火眼金睛”?！八捎谩畣纹毓鈮嚎s光譜成像技術(shù)’，通過底層光學(xué)硬件和算法突破，推動智能成像系統(tǒng)的革新，推出基于人工智能計(jì)算成像的新一代機(jī)器視覺感知系統(tǒng)?！?/p>

從山火預(yù)警到水域監(jiān)測

天剛蒙蒙亮，護(hù)林員就準(zhǔn)時起床背上“裝備”，帶上由手柄和橡膠條組成的森林滅火工具，穿行在山間小路，開始一天的巡山工作。清理路邊的雜草、枯枝落葉，對可能發(fā)生火災(zāi)的每一處細(xì)節(jié)進(jìn)行預(yù)判和處置。但即便護(hù)林員經(jīng)驗(yàn)再豐富，這個行業(yè)依然存在尚未被解決的“痛點(diǎn)”。比如，偌大的山林僅依靠幾人巡邏，難免有遺漏；比如，肉眼分辨晨霧和山火初期形成的煙霧，特別依賴?yán)鲜值慕?jīng)驗(yàn)；再比如，24小時應(yīng)急響應(yīng)，對護(hù)林員的精力、體力都是考驗(yàn)。

如今，困擾森林防護(hù)工作多年的難題，被高光譜相機(jī)破解。無人機(jī)搭載高光譜相機(jī)從森林上空飛過，僅需幾分鐘就能夠采集到監(jiān)測區(qū)域森林的高光譜圖像信息。山林間由于自然因素形成的薄霧和剛剛冒煙的山火，在高光譜相機(jī)的成像中，表現(xiàn)出的光譜波段截然不同，只要對波形稍加觀察，就能辨別山火和薄霧。

高光譜數(shù)據(jù)水體指數(shù)反演結(jié)果

同樣的情景也在水資源監(jiān)測領(lǐng)域上演。西湖大學(xué)云谷校區(qū)，袁鑫實(shí)驗(yàn)室的科研人員要在不使用任何化學(xué)試劑、不采集水樣的情況下，完成對整個河道水質(zhì)的全面體檢?！伴_始掃描。”隨著指令下達(dá)，搭載高光譜成像相機(jī)的無人機(jī)緩緩升空。它沿著河道勻速飛行。10分鐘后，隨著無人機(jī)平穩(wěn)降落，河道的“體檢報(bào)告”已經(jīng)生成。

水域監(jiān)測的原理和山火預(yù)警一樣，含有污染物的水域與水質(zhì)清澈的水域，在高光譜相機(jī)的成像中，呈現(xiàn)的波形和顏色都不一樣，因此只要稍作辨認(rèn)，水質(zhì)的變化便可一目了然。

高光譜成像如何做到“火眼金睛”？

其實(shí)，無論是衛(wèi)星云圖還是傳統(tǒng)的高光譜成像技術(shù)，圖像采集早已算不上什么新鮮事。而高光譜成像技術(shù)相較于過去的圖像采集方法，一大突破在于“看得更清”，像是給相機(jī)裝上了“火眼金睛”。

當(dāng)氣象衛(wèi)星在距地800公里的軌道上掃描時，它的多光譜傳感器僅能通過4-5個寬泛的光譜通道（如可見光、近紅外、熱紅外）來描繪地球輪廓。這種“粗顆?！钡挠^測方式，雖然能識別云層運(yùn)動這樣的宏觀現(xiàn)象，卻無法識別地表物質(zhì)的微觀特征。而高光譜相機(jī)則能夠把光線分成100多種不同的光譜波段，圖像分辨率≥1024x1024像素，細(xì)節(jié)十分清晰。

100個光譜通道圖

“就像孫悟空用火眼金睛能看穿妖怪的變化，高光譜相機(jī)通過解析物質(zhì)的光譜特征，揭開了肉眼不可見的物質(zhì)真相。它的每個光譜波段都能捕捉物體對特定波長光的反射特性?！痹谓榻B，同樣是一片水域，高光譜成像相機(jī)能解析每一道波光中，哪些是藻類繁殖的征兆，哪些是重金屬污染的痕跡，哪些是“肉眼難辨”的化學(xué)物質(zhì)溶解特征。

如果你還對高光譜相機(jī)的“火眼金睛”感知不那么真切，那么不妨看看它在文物鑒寶領(lǐng)域的表現(xiàn)。古畫掛在那兒，紙黃墨舊，瞧著像是百年老物，其實(shí)肉眼真假難辨。此時，高光譜相機(jī)上場。它不碰不摸，只需要遠(yuǎn)遠(yuǎn)一掃，顏料的底細(xì)便可明了?！肮湃俗鳟?，青金石磨藍(lán)，朱砂研紅，孔雀石取綠。這些顏料歷經(jīng)百年，在光譜上留下獨(dú)特的‘指紋’。新造的畫作的顏色和紋理，在高光譜成像相機(jī)中反射出的光譜波段與古畫截然不同，很容易便能發(fā)現(xiàn)偽造的痕跡。”袁鑫表示。

文物檢測高光譜曲線分析圖

據(jù)悉，目前該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于智慧農(nóng)業(yè)、環(huán)保監(jiān)測、電力巡檢等領(lǐng)域，并持續(xù)向工業(yè)質(zhì)檢、醫(yī)療科研等方向拓展，展現(xiàn)出巨大的行業(yè)變革潛力。

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